15.5 Регулирование двигателей постоянного тока с помощью магнитных усилителей

15.5.1 Общие положения

Магнитные усилители (МУ) представляют собой дроссель с подмагничиванием, включенный в цепь переменного тока. При изменении подмагничивания дросселя специальной обмоткой, включенной в цепь постоянного тока (рис. 15.13), индуктивное сопротивление дросселяменяется. Если рабочую обмотку МУ включить в якорную цепь двигателя через выпрямитель, то таким образом можно как бы менять величину добавочного сопротивления в цепи якоря, регулируя тем самым скорость вращения двигателя (рис5.14). Сопротивление рабочей обмотки МУ – это нелинейное сопротивление. Поэтому и механическая характеристика двигателя, как будет показано далее, в этом случае также нелинейна.

Простейшая схема регулирования скорости двигателя с помощью МУ представлена на рисунке 15.15.

Если в первом приближении считать выпрямитель VD идеальным (,то векторная диаграмма напряжений для схемы рисунка 15.15 будет иметь вид, показанный на рисунке 15.16. ЗдесьU_Д– напряжение на щетках двигателя, приведенные к цепи переменного тока, U_{МУ –} падение напряжения в рабочих обмотках 1РО и 2РО магнитного усилителя, U_C – напряжение сети переменного тока. Меняя подмагничивание МУ ( то есть изменяя ток управления i_У) меняют тем самым индуктивное сопротивление рабочих обмоток и падение напряжения U_МУ на них.

При этом меняется величина U_Д , чем и регулируется скорость двигателя. В простейшей схеме рисунка 15.15 (а она дана лишь для пояснения принципа регулирования скорости в системе МУ-Д) получается очень малая жесткость механических характеристик двигателя.

Для повышения жесткости механических характеристик используют положительную обратную связь по току нагрузки (току якоря двигателя), которая может быть внешней или внутренней.

На рисунке 15.17 показан электропривод по системе МУ-Д с внешней положительной обратной связью по току якоря двигателя. Такая положительная связь с помощью специальной обмотки ОТ увеличивает также общий коэффициент усиления системы, что увеличивает ее чувствительность к колебаниям нагрузки и уменьшает статиче скую ошибку. С ростом нагрузки (I_Я)увеличивается подмагничивание МУ(F_OT), сопротивление его рабочих обмоток уменьшается, уменьшая U_МУ.

Увеличивается напряжение U_Д на якоре двигателя, что способствует увеличению жесткости его механических характеристик.

В схеме с внутренней положительной обратной связью по току якоря двигателя подмагничивание МУ осуществляется постоянной составляющей выпрямленного тока, протекающего по рабочим обмоткам (рис. 15.18 ).

В отличие от схемы с внешней положительной обратной связью по току (рис. 15.17) в этой схеме по рабочим обмоткам МУ протекает не переменный, а постоянный (пульсирующий) ток.

Для повышения жесткости механической характеристики двигателя в системе МУ-Д кроме положительной обратной связи по току (внешней и внутренней) применяют также и отрицательную обратную связь по напряжению двигателя, для чего используется специальная обмотка (обмотка ОН на рис. 15.19 ). На обмотку ОН подается разность напряженийU_Д и U_У.. U_{У_}- задающее или так называемое управляющее напряжение. Наличие положительной обратной связи по току и отрицательной обратной связи по напряжению позволяет (при определенном подборе параметров этих связей) регулировать скорость двигателя, поддерживая . Возможность такого регулирования легко видеть из уравнения электромеханической характеристики двигателя. За счет поддержания постоянства ЭДС двигателя при действии указанных обратных связей удается поддержать.

При более мощных двигателях для обратной связи по току используется падение напряжение на его компенсационной обмотке и дополнительных полюсах или же падение напряжения на специальном добавочном сопротивлении в цепи якоря.

При создании реверсивных электроприводов по системе МУ-Д возникают трудности, если надо обеспечить бесконтактный реверс двигателя.

В этом случае надо два комплекта МУ, каждый из которых обеспечивает противоположное напряжение на якоре двигателя.

Принцип работы такой системы МУ-Д поясняется на схеме рисунка 15.20. На этой схеме показаны лишь элементы, необходимые для реверса двигателя, а обратные связи по току якоря и напряжению на двигателе, необходимые для регулирования скорости, не показаны.

Каждый из магнитных усилителей МУ1 и МУ2 включен на балластное сопротивление (R1и R2), а двигатель – на разность падений напряжения на этих сопротивлениях. Это снижает общий КПД установки из-за потерь энергии на балластных сопротивлениях.

Реверсирование двигателя в схеме рисунка 15.20 осуществляется изменением полярности питания обмоток управления (ОУ). Рассмотрим работу схемы при включенных контактах В. Обмотка ОУ в МУ1 включена при этом согласно с обмоткой смещение (ОС), а в МУ2- встречно с ОС. Поэтому суммарное подмагничивание МУ1 максимально, а МУ2- незначительно, МУ2 не насыщен, и реактивное сопротивление его рабочих обмоток велико. Поэтому для такой полярности питания ОУ: МУ1 подмагничен, а МУ2 не подмагничен. Следовательно, на R1, будет максимальное напряжение (с указанной на рисунке 15.20 полярностью, а на R2 – минимальное). Это и определит полярность напряжения на якоре двигателя и направление его вращения.

При включении контактов Н вместо В изменится полярность на ОУ, подмагнитится МУ2, а размагнитится МУ1, и таким образом максимальное напряжение (указанной на схеме полярности) будет на сопротивлении R2.

Процесс перемагничивания МУ1 и МУ2 можно осуществить плавно (на схеме это не показано), регулируя при этом величину скорости двигателя.